铝电解槽碱性电解质分子比的测定分析

摘要：对铝电解槽碱性电解质分子比实施测定，是为了进一步针对性调节电解质各物质分子的含量组成，确保铝电解生产的高效、高质量推进。本文通过分析分子比的定义及测定意义，进一步分析了铝电解槽碱性电解质分子比的测定方法。

关键词：分子比；电解质；铝生产

引言：目前的电解铝工业发展十分迅速，而铝电解槽碱性电解质的分子比是铝生产中一项重要的技术指标。因此，本文针对其分子比的科学测定与分析进行了简要描述。

1.分子比的定义

在铝生产的相关工业当中，分子比通常指氟化钠与氟化铝之间摩尔数的比率。这其中，氟化钠是典型的碱性物质，氟化铝则属于酸性，而电解质的分子比以3.0来判断电解质本身呈酸性、碱性、中性。大于3.0的分子比为碱性，等于则为中性，小于为酸性，根据分子比的数值高低，还可划分为强酸性、弱酸性、强碱性以及弱碱性。电解质分子比会影响到铝水的粘度，同时也关系到分层好坏，若是分层良好，则生产中析出的铝珠就可快速沉进下层槽处，促进电解效率和生产质量的提高，反之，分层不佳容易导致铝珠被二氧化碳气体氧化出现二次反应，从而降低电解效率[1]。

2.铝电解槽碱性电解质分子比的测定研究

2.1铝电解质酸碱度的表示方法

对于铝电解槽中电解质酸碱度的科学划分标准，通常是以冰晶石的组成为中间界线，一般若含有过量氟化铝物质时，电解质就会呈酸性，若含有过量氟化钠时，电解质会呈碱性，而刚好处于冰晶石组成处时，则电解质呈中性。铝电解质酸碱度的表示来说通常具有三种方法：一是以氟化钠和氟化铝之间的分子数比值来进行表示，也被称为冰晶石比或分子比，用K来表示，则有公式K=电解质中氟化钠分子数/电解质中氟化铝分子数；二是运用氟化钠与氟化铝在电解质中的重量比进行表示，也可称之为电解质质量表，通常用R来表示，则有公式R=电解质中氟化钠重量/电解质中氟化铝重量；三是以冰晶石组成中的过剩氟化铝含量来表示，也可成为游离氟化铝。

2.2碱性电解质分子比测定采用的主要方法

对碱性电解质分子比进行测定分析，具体是采用直接法和间接法两种。其中，直接法包括化学分析法、晶形分析法以及X荧光衍射分析法：化学分析法可以对碱性电解质所有元素加以分析，再进一步对分子比进行计算，可以获得较为可靠且准确的分子比成果，其分析的成本较低，但对于工业生产控制的分子比分析情况不太适用；晶形分析法是指利用显微镜设备对亚冰晶石数目进行寻找，再进一步判断电解质分子比，然而这种方式准确度极低，十分依赖于测定者的主观经验，若电解质中含有多种添加剂，则亚冰晶石的界线也会模糊，使其测定分析的 难度更高，故而该方法已经渐渐被淘汰；X荧光衍射分析法具有着分析速度较快、不会被人为干扰等优点，其测定的精度水平较高，测定的要求是对样品粒度和制样压力合理控制，因此，测定分析的仪器也比较昂贵，部分大型铝电解的工业企业会采用该方法实施电解质分子比测定。间接法相比于直接法来说，会向碱性电解质中加入氟化钠物质，使其与游离的碱性分子发生反应，再进一步分析推算出分子比，这类方法包括电导法、热滴定法、离子选择电极法等：电导法使用时需进行电介质的高温烧结处理，依据工业实际情况来确定相关处理的工作曲线，再使用计算机技术对数据进行处理，编制合适的方案，进一步指导生产，分子比数据的分析系统还可与电解槽控制系统实现联网，实时为铝电解槽的工艺提供控制依据；热滴定法是许多间接测定电解质分子方法的基础，其原理是通过高温操作来测定；选择电极法是指在高温烧结的基础上，让氟离子选择电机实现分子比测定，这种方法较为繁琐且数据处理上具有一定难度。

2.3工业碱性电解质分子比的测定和计算

某工业铝电解槽的电解质主要有AI2O3、CaF2以及Na3AIF6组成，若仅有这三种物质则电解质分子比很容易依据固定公式推算得出，但同时其中还包含了MgF2、KF以及LiF，导致电解质计算的难度增高，其中LiF和KF的存在使得电解质呈碱性。在当前情况当中，实际生产中无法做到对电解质进行复杂化分析，故而只能采用间接法来分析并测定电解质分子比，由于氟化钠可以溶于水，因此可以向电解质中加入氟化钠，使其与游离的氟化铝分子发生反应，形成一定的冰晶石且略有剩余，再对过量氟化钠加以分析，推算得到碱性电解质分子比，具体采用两种方法。

2.3.1采用电导法测定

采用电导法进行初期试验分子比的测定，其所需时间较短，一般为半小时左右，之后反复实践可适当降低分析误差，确保分子比测定结果的可靠性。该方法测定主要依据工业电解质多是呈酸性的原理，且水中酸性电解质溶解度极小，而碱性电解质则是含有未转化为冰晶石的氟化钠物质，这些氟化钠常温下可以溶解在水中，而水溶液电导率与氟化钠溶解于水的含量间呈澄碧，依据公式和电导率数据就可将氟化钠含量求出，最后再推倒出碱性电解质的分子比。需要注意的是，开展实验室要取定量的氟化钠物质和酸性电解质进行研磨回合，随后进行高温烧结处理，让酸辛电解质中剩余的氟化钠物质转化为冰晶石并析出，过剩的氟化钠就可由电导法来求出，进而确定分子比，相关测定结果较为准确[2]。

2.3.2采用X荧光衍射法测定

当前的许多工业生产中推广使用低温低分子比的电解生产模式，为了更为精准地掌握电解质分子在生产中的变化，促进其分析效率的提高，一些工业企业也开始引进帕纳科铝熔池分析仪器，使用该仪器可直接基于X荧光衍射法测定电解质分子比。具体做法中，测定分析的频率也有所提高，从原本的每周测定一次变为每周测定两次，提高测定的精确水平，减少分析误差，对于低温地分子比的大规模电解工业化生产来说具有着重要的指导作用。这种方法还会先分别将游离态氟化钙物质含量及亚冰晶石含量测得，再通过结算确定过量氟化铝的值，最后则换算出碱性电解质分子比。

结论：综上所述，对铝电解槽碱性电解质分子比的测定与分析可以采用直接法与间接法，具体包括化学分析法、晶形分析法以及X荧光衍射分析法、电导法、热滴定法、离子选择电极法等。此次研究以工业铝电解生产为例，探析了采用电导法与X荧光衍射法对分子比的测定和计算。

参考文献：

[1]马军玺.高锂盐电解质体系下铝电解槽的电流效率分析与应对措施[J].世界有色金属，2021（22）：14-16.

[2]郭勇.高锂、钾盐电解质体系下铝电解槽焙烧启动工艺控制实践[J].甘肃冶金，2020，42（04）：29-32+35.